Раскрытие инноваций: ключевые преимущества 3D-печати в современном производстве

Введение

3D-печать создает детали, строя объекты слой за слоем. Этот метод предлагает много преимуществ перед традиционными производственными техниками (например, станочная обработка с ЧПУ), самое важное из которых, применяемых к отрасли в целом, рассмотрено в этой статье.

3D-печать вряд ли заменит многие традиционные производственные методы, тем не менее есть много приложений, где 3D-принтер способен доставить дизайн быстро, с высокой точностью из функционального материала.

Понимание преимуществ 3D-печати позволяет дизайнерам принимать лучшие решения при выборе производственного процесса и позволяет им доставлять оптимальный продукт.

Изучите основы 3D-печати

Скачайте наше руководство по 3D-печати

Скорость

Одним из главных преимуществ аддитивного производства является скорость, с которой детали могут быть произведены по сравнению с традиционными производственными методами. Сложные дизайны могут быть загружены из CAD-модели и напечатаны за несколько часов. Преимущество этого — быстрая верификация и разработка идей дизайна.

Где в прошлом могло уйти дни или даже недели для получения прототипа, аддитивное производство помещает модель в руки дизайнера в течение нескольких часов. Хотя более промышленные аддитивные производственные машины берут больше времени для печати и пост-обработки детали, способность производить функциональные конечные детали при низких и средних объемах предлагает огромное преимущество в экономии времени по сравнению с традиционными производственными техниками (часто лид-тайм только на штамп для литья под давлением может быть неделями).

Одноэтапное производство

Одной из самых больших забот дизайнера является то, как произвести деталь максимально эффективно. Большинство деталей требуют большого количества производственных шагов для производства традиционными технологиями. Порядок, в котором эти шаги происходят, влияет на качество и производимость дизайна.

Рассмотрим кастомную стальную кронштейн, сделанную традиционными производственными методами:

Так же как в аддитивном производстве, процесс начинается с CAD-модели. После финализации дизайна, фабрикация начинается с первой резки стальных профилей до размера. Профили затем зажимаются в позицию и сваркиваются один за другим для формирования кронштейна. Иногда кастомный приспособление придется сделать для обеспечения правильного выравнивания всех компонентов. Сварки затем полируются для получения хорошей поверхностной отделки. Далее отверстия сверлятся для монтажа кронштейна на стене. Наконец, кронштейн пескоструится, грунтуется и красится для улучшения его внешнего вида.

Повысьте свои навыки дизайна для 3D-печати

Получите бесплатный постер с правилами дизайна для 3D-печати

Машины аддитивного производства завершают сборку в один шаг, без взаимодействия от оператора машины во время фазы сборки. Как только CAD-дизайн финализирован, он может быть загружен в машину и напечатан в один шаг за пару часов.

Способность произвести деталь в один шаг значительно снижает зависимость от разных производственных процессов (обработка, сварка, покраска) и дает дизайнеру больший контроль над конечным продуктом.

Стоимость

Стоимость производства может быть разбита на 3 категории: затраты на эксплуатацию машины, стоимость материала и затраты на труд.

Затраты на эксплуатацию машины:

Большинство настольных 3D-принтеров используют такое же количество энергии, как ноутбук. Промышленные аддитивные производственные технологии потребляют большое количество энергии для производства одной детали. Однако способность производить сложные геометрии в один шаг приводит к более высокой эффективности и обороту. Затраты на эксплуатацию машины обычно являются наименьшим вкладчиком в общую стоимость производства.

Стоимость материала:

Стоимость материала для аддитивного производства значительно варьируется по технологии. Настольные FDM-принтеры используют катушки филамента стоимостью около $25 за кг, в то время как SLA-печать требует смолу, розничная цена которой около $150 за литр. Диапазон материалов, доступных для аддитивного производства, делает квантификацию сравнения с традиционным производством трудной. Нейлоновый порошок, используемый в SLS, стоит около $70 за кг, в то время как сравнимые нейлоновые гранулы, используемые в литье под давлением, могут быть куплены всего за $2–5 за кг. Стоимость материала — крупнейший вкладчик в стоимость детали, сделанной через аддитивное производство.

Затраты на труд:

Одним из главных преимуществ 3D-печати является низкая стоимость труда. За исключением пост-обработки, большинство 3D-принтеров требуют только от оператора нажать кнопку. Машина затем следует полностью автоматизированному процессу для производства детали. По сравнению с традиционным производством, где обычно требуются высококвалифицированные становики и операторы, затраты на труд для 3D-принтера почти нулевы.

Аддитивное производство на низких объемах очень конкурентоспособно по стоимости по сравнению с традиционным производством. Для производства прототипов, верифицирующих форму и посадку, это значительно дешевле других альтернативных производственных методов (например, литье под давлением) и часто конкурентоспособно для производства одноразовых функциональных деталей. Традиционные производственные техники становятся более costeffective по мере увеличения объемов и оправдания высоких затрат на настройку большими объемами производства.

Любопытны о стоимости 3D-печати? Получите мгновенную котировку

3D-печать в пластике 3D-печать в металле

Снижение рисков

Заказ бракованного прототипа стоит дизайнеру времени и денег. Даже небольшие изменения в форме или фабricaционном методе могут иметь большое финансовое влияние.

Способность верифицировать дизайн путем печати production-ready прототипа перед инвестированием в дорогое производственное оборудование (например, формы или инструменты и приспособления) устраняет риск в процессе прототипирования. Это помогает строить уверенность в своем дизайне перед совершением больших инвестиций, требуемых для уровня массового производства.

Сложность и свобода дизайна

Ограничения, накладываемые традиционным производством на то, что может быть сделано, в общем не релевантны для аддитивного производства. Поскольку компоненты конструируются слой за слоем, дизайн-требования вроде углов наклона, подрезок и доступа инструмента не применяются при проектировании деталей для 3D-печати.

Хотя есть некоторые ограничения на минимальный размер фич, которые могут быть точно напечатаны, большинство ограничений аддитивного производства центрируются вокруг того, как оптимально ориентировать печать для уменьшения зависимости от поддержки и вероятности неудачи печати. Это дает дизайнерам большое количество свободы дизайна и позволяет легкое создание очень сложных геометрий.

Кастомизация

Не только 3D-печать позволяет больше свободы дизайна, она также позволяет полную кастомизацию дизайнов. Поскольку текущие аддитивные производственные технологии отлично справляются с построением одиночных деталей по одной за раз, они идеально подходят для одноразового производства.

Эта концепция была принята медицинской и стоматологической индустрией для производства кастомных протезов, имплантов и стоматологических помощи. От высокоуровневого спортивного снаряжения, адаптированного идеально под атлета, до кастомных солнечных очков и модных аксессуаров, аддитивное производство позволяет costeffective одноразовое производство кастомных деталей.

Получите глубокое понимание текущего состояния рынка 3D-печати

Скачайте отчет о трендах 3D-печати 2020

Доступность

Хотя аддитивное производство существует более 30 лет, большинство роста произошло с 2010 года. Это привело к большому числу 3D-принтеров, входящих в индустрию, делая доступ к аддитивной производственной технологии значительно легче для дизайнеров.

В 2015 году в одиночку более 278 000 аддитивных производственных принтеров стоимостью под $5000 были проданы глобально. Количество проданных принтеров удваивалось последовательно с тех пор. То, что изначально было нишевой технологией, доступной только малому сегменту производственной индустрии, теперь легко доступно и costeffective методом производства деталей, используемым огромным диапазоном отраслей.

Устойчивость

Субтрактивные производственные методы, такие как фрезеровка или токарная обработка с ЧПУ, удаляют значительное количество материала из начального блока, приводя к высоким объемам отходного материала.

Аддитивные производственные методы в общем используют только материал, нужный для построения детали. Большинство процессов используют сырье, которое может быть переработано и повторно использовано в более чем одной сборке. В результате аддитивный производственный процесс производит очень мало отходов.

Рост количества аддитивных производственных машин в мире также повлиял на дистанцию, на которую отправляются прототипы:

Поскольку настольные 3D-принтеры имеют относительно небольшой learning curve для успешной эксплуатации, дизайны не нужно отправлять к эксперту для производства. Более того, фуутпринт промышленной аддитивной производственной системы намного меньше фуутпринта традиционного производственного сайта.

По этой причине профессиональные 3D-печатные сервисы создаются по всему миру, даже в локациях, где стоимость земли высока (например, в Лондоне или Нью-Йорке). Снижение требований к доставке имеет позитивное экологическое влияние. Это, в сочетании со способностью печатать и производить запасные части на месте, приводит к гораздо меньшему углеродному следку для большинства деталей, произведенных через аддитивное производство.

Хотите узнать больше о 3D-печати?

Получите образец руководства по 3D-печати